第三章 建筑设备自动化系统

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,*,第三章 建筑设备自动化系统（,BAS,）,一、建筑设备自动化系统概述,四、给排水系统监控,三、空调系统监控,五、供配电系统监控,二、,BAS,中的计算机控制技术,七、电梯系统监控,六、照明系统监控,八、,BAS,系统设计,9/28/2024,1,引言 什么是建筑设备？,指,建筑物,中所应用的,各种设备设施。,主要有：,照明设施、给排水设施、电梯扶梯运输设施、暖通空调设施、供配电设施等。, 机电类, 电信类,通信设施,(,有,/,无线电话、电视,),、计算机、网络设施等。,特点：各成体系、功能单一、技术成熟、种类繁多、应用广泛。,9/28/2024,2,BAS,定义, 建筑设备自动化系统,的定义,简单地讲，是指将分散在建筑物内不同位置的各种设备、设施以,分散控制、集中监视、集中管理,为目的，构成一个由计算机控制的,综合系统。,含义, 包括建筑设备运行监控、消防及安全防范在内的全方位的建筑设备自动化系统。又称广义,BAS,。, 仅指建筑设备运行监控的建筑设备自动化系统。又称狭义,BAS,。,9/28/2024,3,3.1 BAS,系统概述,1,）自动监视并控制各种机电设备的启、停，显示或打印当前运转状态。,2,）自动检测、显示、打印各种设备的运行参数及其变化趋势或历史数据。建筑设备主要监控的参数有：风量、水量、压力、温度、湿度、气体浓度等，所用的传感器包括：温度、湿度传感器、压力、流量传感器，执行器有电动执行器、气动执行器、风阀、水阀等。,3.1.1 BAS,系统的功能,9/28/2024,4,3,）根据外界条件、环境因素、负载变化情况自动调节各种设备始终运行于最佳状态。如空调设备根据环境温度、人员多少实时调节，即节约能源又调节到最佳状态。,4,）检测并及时处理各种意外、突发事件（如停电和有毒气体泄露）可按照预先编写好的程序迅速处理，避免事态扩大。,5,）实现对大楼内各种机电设备的统一管理、协调控制。如火灾发生时。,9/28/2024,5,6,）能源管理 实现水、电、气的自动计量和收费。实现能源自动化管理。自动检测、控制设备用电量，如下班后或节假日室内无人，自动关闭空调、照明等。,7,）设备管理 设备档案设备配置及参数、设备运行报表和设备维修记录等管理。,9/28/2024,6,电力系统,照明系统,空调与冷热源系统,电梯系统,环境监测与给排水系统,停车场管理系统,机电设备行与监控, 基本组成,3.1.2 BAS,的监控范围,9/28/2024,7,1,、电力系统 必需具备对开关与变压器的状态、系统的电流、电压、有功功率与无功功率等参数的监测，进而实现全面的能量管理。,2,、照明系统 照明系统能耗在大型高层建筑中仅次于供热、通风与空调系统，并导致冷气负荷的增加。智能照明控制应十分重视节能。如：人走灯熄，程序设定开,/,关灯时间。,9/28/2024,8,3,、空调与冷热源系统 空调系统在建筑物中的能耗最大，必需保证在提供舒适的环境条件下，尽量降低能耗。主要的节能措施如下：,1,）设备的最佳启,/,停控制,2,）空调及制冷机的节能优化控制。,3,）设备运行周期控制,4,）电力负荷控制,5,）蓄冷（热）系统最优控制,9/28/2024,9,4,、环境监测与给排水系统 除空调系统外，需要监测空气的洁净与卫生度，进而采取排风与消毒等措施。中国许多城市为缺水内陆城市，除保证饮用水外，尚需重视水的再利用控制。,5,、电梯系统 利用计算机实现群控，达到优化传送、控制平均设备使用率与节能运行管理等目的。,6,、停车场管理系统 停车场管理常采用读卡方式。,9/28/2024,10,BAS,是一个综合集成化管理监控系统，采用分散控制系统或现场总线控制系统的结构。,管理层,监控层,现场控制层,利用计算机网络和接口技术将各楼层的直接数字控制器（,DDC,）连接起来，通过网络实现各子系统与中央控制器的信息通信达到,分散控制,、,集中管理,的模式。,系统主要包括：中央控制站、分布式现场控制器、通信网络和现场仪表。通信网络包括网络控制器、连接设备、调制解调器、通信线路等。现场仪表包括传感器、变送器、执行机构、调节阀、接触器等。,3.1.3 BAS,的组成与系统结构,9/28/2024,11,3.2 BAS,中的计算机控制技术,计算机控制系统是计算机技术与自动控制技术的结合，是构成智能建筑自动控制的关键技术。计算机强大的计算能力、逻辑判断能力和大容量存储信息的能力使计算机控制能解决常规控制技术解决不了的难题，达到常规控制技术达不到的优异性能指标。,计算机能实现先进的控制策略（如最优控制、智能控制）能保证控制的精度和性能，而且控制灵活，可在线修改，性价比高，便于实现控制与管理相结合。,9/28/2024,12,3.2.1,计算机控制系统控制过程,自动控制的目的是使某些物理量按照指定规律变化，一般采用负反馈构成的闭环控制系统，根据被控参数测量值与期望值的偏差，采用一定的控制方法使执行机构动作，以消除偏差。传统的模拟调节器的反馈闭环控制系统如下图所示：,控制器,执行机构,被控对象,检测元件,给定,被控参数,控制量,偏差,9/28/2024,13,将上图中的控制器和比较环节用计算机代替，就构成计算机控制系统，如下图所示。计算机输入、输出的都是数字信号，因此有,A/D,、,D/A,转换装置。,测量元件,给定,被控参数,D/A,被控对象,执行机构,计算机,A/D,控制器,偏差,9/28/2024,14,计算机控制,系统控制过程分以下几个步骤：,测量元件对被控参数实时检测，通过,A/D,转换器输送给计算机；,计算机输出的控制量通过,D/A,转换器送给执行机构，对被测量加以控制；,实现计算机自动控制的方法不是唯一的，但必须是一个闭环控制系统。,计算机将采集到的参数分析，用相关算法或控制规律决定控制过程，输出控制量；,9/28/2024,15,3.2.2,计算机控制系统的组成,目前，建筑设备绝大多数均采用计算机控制技术实现自动控制。计算机控制系统应包括硬件和软件两部分。,测量,变送,执行,机构,电气,开关,模拟量输入,通道,数字量输入,通道,模拟量输出,通道,数字量输出,通道,电气,开关,被,控,对,象,总,线,外围设备和人机联系设备,主,机,计算机控制系统硬件组成框图,9/28/2024,16,1,、 硬件部分：,1,）计算机主机：主机是计算机控制系统的核心，包括：单片机、台式机、可编程控制器,(PLC),的物理实体；它根据现场实时信息，按照预先存入的控制算法和控制流程自动处理和运算，选定相应控制策略，输出给执行器。,2,）外围,I/O,和,HMI,设备：,1,、 人机输入、输出设备，外存储器设备、显示图像和曲线表格等设备。,9/28/2024,17,3,）过程输入、输出设备 计算机与设备控制是通过,过程输入、输出设备进行信息传递的，它是两者的桥梁，,如：,AI,、,DI,、,AO,、,DO,。采样、信号调理、放大器、,A/D,、,D/A,转换，。,4,）通信设备： 主要是网络通信设备，完成建筑物不同位置、不同设备之间的信息交换。,9/28/2024,18,2.,软件部分：包括系统软件和应用软件,系统软件：,操作系统、高级语言、数据库、通信协议、诊断程序等；,应用软件：,过程输入程序、过程控制程序、图表生成程序、人,机接口程序、应急程序、工具性程序等；当前主要应用组态软件，和各种控制算法。,服务性软件：,为控制管理服务的各种程序。,9/28/2024,19,计算机控制系统与传统自控系统的区别,前向通道中的,控制器被计算机所取代；,在报警显示电路中应用了,新型的,CRT,图形显示技术；,为适应计算机对信号的要求，在原系统相应位置,增加了,A/DD/A,（,模,/,数,数,/,模）转换装置；,增加了与计算机相关的,硬件及软件；,9/28/2024,20,现代计算机控制技术的发展,由单机自动向多机联动方向发展；,全面应用计算机技术及其数字化技术；,传统控制模式让位于计算机控制模式，并正在向智能控制过渡；,机器人及其人工智能技术的成熟与完善；将为控制技术开辟新的更大的应用空间。,9/28/2024,21,那么，计算机技术包含哪些内容呢？, 微处理器技术,也就是通常所说的,CPU,（,芯片）技术。, 存储技术,也就是通常所说的,ROM/RAM,技术。, 编程技术,包括可编程、可视化编程及组态编程等。, 数字化技术,指的是各种信息的数字化以及信息不失真,传输等。, 显示技术,指的是,CRT,及液晶显示技术等。, 网络技术,指的是多种网络技术的应用。, 多媒体技术,指的是信息发布技术。等等。,类似的，我们还能举出很多，也还有我们不知道的，或是正在涌现的，所有这些，在,BAS,中都在大量而广泛的被采用。,9/28/2024,22,计算机控制系统的分类及特点,根据控制方案，控制目的，系统结构的不同，,BAS,中计算机控制系统分为两大类，四种形式。,直 接控制类,操作指导型,直接控制型,仅对操作起指导作用，不直接参与控制，以采用微电脑芯片技术的家电产品最为常见。,计算机与设备之间自动进行从数据采集到控制实施这一周而复始的循环过程。,9/28/2024,23,监 督管理类,监督控制型,分 布 式集散控制型,（,DCS,）,属于直接控制机的上位机，主要用于综合系统的高级控制与管理，提出优化方案、控制及管理信息。,针对设备分布在不同区域，不同位置，而采取,就近控制，集中管理,策略所产生的一种控制系统。这是目前认为自控及其智能化的最佳途径。,(Distributed Control System),9/28/2024,24,六十年代，人们在测量、模拟和逻辑控制领域率先采用了以,一台计算机为基础加上扩展,I/O,接口而构成的集中式计算机控制系统。,存在的问题：,1,）,由于早期计算机的质量问题，控制功能向计算机的高度集中致使系统的可靠性不高；若计算机发生故障，则导致整个系统的瘫痪，,传统计算机控制系统,9/28/2024,25,3,）,系统的二次开发比较困难。,七十年代，性能稳定、价格便宜、功能齐全的微处理器的诞生，在不太长的时间里，以,直接数字控制器,(,DDC,),、,可编程序控制器,(,PLC,),为代表的数字化控制装置，,促使控制技术进入了数字化时代。控制系统也由,点对点的集中控制,系统,(,CCS,),向,网络化的集散控制系统,(,DCS,),发展。,2,）,计算机,I/O,端口与现场设备之间，各种不同性质信号,现场连线过多过长，易受环境干扰，信号的,A/D,及,D/A,的转换，又需附加装置，使得系统的抗干扰设计和实现都十分困难；,9/28/2024,26,20,世纪,70,年代以来，随着计算机技术的发展，计算机成本的降低，集成化程度越来越高，体积越来越小，分散式计算机控制系统应用而生。,DCS,的思路是分散控制、集中操作、分级管理。特点是配置灵活、组态方便。,分散是指控制设备分散，危险也随之分散。,3.2.3,分散控制系统,DCS(Distributed,Control System),管理计算机,监控计算机,现场控制站,数据采集站,现场控制站,现场设备（智能建筑设备）,数据通信网,。,LAN,管,理,级,监控级,现场控制级,分散控制系统的基本构成框图,9/28/2024,27,分散控制系统一般分为三级：第一级为现场控制级，它承担分散控制任务并与监控站联系；第二级为监控级，包括控制信息的集中管理；第三级为管理级，它将建筑设备自动化系统与整座智能建筑系统有机地结合起来。,1,、,DCS,控制系统的体系结构,管理计算机,监控计算机,现场控制站,数据采集站,现场控制站,现场设备（智能建筑设备）,数据通信网,。,LAN,管,理,级,监控级,现场控制级,分散控制系统的基本构成框图,9/28/2024,28,分散控制系统一般由三级组成：,1,、现场控制级 它是一个典型的计算机控制系统，现场控制级与各类现场装置如传感器、执行器、记录仪等相连，完成数据采集、直接数字控制、设备监测与故障诊断。现场控制站和数据采集站又被称为下位机。现场控制器是一种数字直接控制器,DDC,，一般由单片机、,PLC,组成。,2,、,DCS,控制系统的各部分功能,测量,变送,执行,机构,电气,开关,模拟量输入,通道,数字量输入,通道,模拟量输出,通道,数字量输出,通道,电气,开关,被,控,对,象,总,线,外围设备和人机联系设备,主,机,计算机控制系统硬件组成框图,9/28/2024,29,2,、监控级 监控级负责监视系统的各单元，并管理系统的所有信息，主要任务包括：优化控制、协调控制和系统运行监视等，为运行操作人员提供人机界面，使操作员及时了解现场运行状态、各种运行参数的当前值、是否有异常发生，并可通过输入设备对过程进行控制和调节。监控级计算机是现场控制级的上位机，它可与现场控制器通信，监视下位机的工作情况，并显示实时曲线、历史曲线、报警窗口、仪表的模拟显示等，这些功能主要由组态软件完成，包括硬件组态和软件组态。,DCS,控制系统的各部分功能,9/28/2024,30,2,、监控级 监控级负责监视系统的各单元，并管理系统的所有信息，主要任务包括：优化控制、协调控制和系统运行监视等，为运行操作人员提供人机界面，使操作员及时了解现场运行状态、各种运行参数的当前值、是否有异常发生，并可通过输入设备对过程进行控制和调节。监控级计算机是现场控制级的上位机，它可与现场控制器通信，监视下位机的工作情况，并显示实时曲线、历史曲线、报警窗口、仪表的模拟显示等，这些功能主要由组态软件完成，包括硬件组态和软件组态。,DCS,控制系统的各部分功能,9/28/2024,31,监控级还具有组态在线修改功能，如：设定上下限、控制参数的调节这些一般由工程师来完成，一般又称为工程师站。监控级计算机是现场控制级的上位机，它可以直接和现场控制器通信，一般选用工控机。,9/28/2024,32,3,、管理级 主要完成建筑物中各种信息的收集，进行综合分析，完成管理和调度从总体上实现决策、管理控制一体化。,4,、数据通信网络 实质就是一个将现场控制站、工程师站和管理级链接起来的局域网。,9/28/2024,33,组态软件包括：,1,）硬件配置组态 定义分散系统中各种站的数据及硬件组成。,2,）数据库生成 定义各个数据库点,3,）历史库生成 定义需保留的各个数据点及保存方法,4,）控制回路组态 定义各个控制回路，包括算法、流程、原始数据和结果输出。,5,）梯形图组态 定义顺序控制的控制顺序和流程，一级进行各步操作的条件。,6,）控制算法语言组态 使用结构化编程语言编制控制步骤和方法，实现控制回路组态和梯形图组态难以实现的功能。,9/28/2024,34,调节器灵活性不足，,具有,CPU,的调节器的功能被人为硬性地予以指定；,早期的,DCS,技术，是各生产厂家在相对封闭条件下，独自开发的，尽管都采用了,OSI,模型，但有各自的解释，有各自的标准，造成了,不同厂家产品之间的通信标准不统一，产品不能互连。,3.DCS,特点和不足：,9/28/2024,35,现场环境的恶劣条件,，对模拟仪表的干扰未能从根本上得到改进，一般网络难以承受；,因此，形成统一的通信标准，组成开放互连网络，就成为人们对新型网络化控制系统的追求。,组网手段以及网络结构不灵活,，部分程序需用户自己,完成，给用户使用、开发造成一定困难；,9/28/2024,36,3.2.4,现场总线控制系统,FCS,(,Fieldbus,Control Sys),随着控制、计算机、通信、网络等技术的发展，信息,交换的领域正迅速的覆盖,从,企业的,现场设备层,到,控制、管,理的各个层次。,信息技术的发展，引起了自动化系统结构,上的变革，现场总线就是,顺应这一变革而发展起来的、形,成以网络集成自动化系统为基础的企业信息系统,的新技术。,现场总线是,连接智能现场设备和自动化系统的,数字式、双向传输、多分支结构的通信网络。,也被,称为,开放式、数,字化、多点通信的,底层控制网。,现场总线是当今自动化领域技术发展的热点，标志着,控制技术,一个,新时代的开始。,9/28/2024,37,现场总线把单个分散的测控设备、仪表变成网络节点，以现场总线为纽带，把它们连接成可以相互沟通信息、共,同完成自控任务的网络系统与控制系统。,现场总线导致了传统控制系统结构的变革。形成了新型的网络集成式全分布控制系统,现场总线控制系统（,FCS,）。,随着计算机技术、信息技术、网络技术在计算机控制系统中的广泛应用，计算机控制系统在体系结构上也经历了,集中控制系统（,CCS,）、,集散控制系统（,DCS,）,及,全分布控制系统（,FCS,）,的发展过程。,9/28/2024,38,图示为,全分布控制系统（,FCS,）。,又称,现场总线控制系统。,它是针对,DCS,中，现场控制器与设备仪器、仪表之间仍然是点对点的集中式结构,而设计开发的，,延伸到现场传感器、执行器、仪表的一种,通信网络。,现场级,网 关,路由器,网 桥,服务器,仪表,M,M,操作员站,监控级,FCS,控制系统,9/28/2024,39,1.,现场总线控制系统的特点与优点, 现场总线的特点,打破了传统控制系统的结构模式,“,集中,”,变为,“总线”,；,系统危险的彻底分散；,从计算机 控制器 单个器件, 打破了传统意义上的,“现场控制器”,的概念,“,控制”,变为,“通信”,；,“,控制器”,变为,“功能块”,；,现场总线是连接智能现场设备和自动化系统的数字式、双向传输、多分支结构的通信网络。,9/28/2024,40, 传统仪器、仪表、执行器的智能化,系统控制功能与权限下移；,“,检,(,监,),测,”,变为,“,测控,”,；,模拟信号数字化；, 开放式系统,符合同一通信协议的不同厂家的产品可以联网，不同协议的产品也可通过网关、路由器实现互联，互用，互操作。,9/28/2024,41, 对现场环境的适应性,现场总线工作在生产现场的最前端，网络的最底层，具较强的抗干扰能力，支持多种传输介质，采用两线制传输能量与信号，满足本质安全防爆要求。, 现场总线的优点, 节省硬件数量与投资；, 节省安装费用；, 节省营运成本；, 提高了系统的准确性和可靠性；,9/28/2024,42,准确性指的是提高了测量与控制精度；减少了传送误差；,可靠性指的是系统结构简化；连接线少，现场仪表内部功能加强，减少了信号的往返传输；, 设计简单、易于重组,9/28/2024,43, 现场总线技术发展趋势, 现场总线技术是系统综合自动化、智能化发展的必然；, 发展共同遵从的统一的标准规范，形成真正意义的开放式互连系统是大势所趋； 现阶段，多种现场总线技术共存， 同一现场环境下几种异构网络共举是观念不同造成的一种既成事实， 是迫不得已， 互联、互用、互操作是无奈之举。, 现场总线在底层控制网络中的地位与作用将进一步得到强化；, 以现场总线为基础的信息管理系统将是今后一段时间内技术发展的主流和重点。,9/28/2024,44,2.,建筑设备自动化系统常用现场总线,20,世纪,80,年代以来，各种现场总线标准陆续形成。其中应用较广的有：基金会现场总线,FF,（,Foundation,Fielebus,）、控制局域网,CAN(Controller,Area Network),、局部操作网,LonWorks(Local,Operation Network),、过程现场总线,Profibus(Process,Field Bus),和可寻址远程传感器,HART(Highway,Addressable Remote Transducer),数据通信协议等。,9/28/2024,45,建筑设备自动化系统常用现场总线有,LonWorks,和,CAN,1,）,LonWork,总线,LonWorks,是美国,Echelon,公司,1991,年推出的一种全面的现场总线测控网，又称局部操作网。,LonWorks,网络的基本单元是节点，一个网络节点包括神经元芯片（,Neuron,）、电源、一个收发器和有监控设备的,I/O,电路。,Neuron,芯片有,3,个,CPU,，一个用于执行应用程序，另两个用于网络控制。,Neuron,芯片上的,11,个,I/O,引脚可通过编程提供,34,种不同的,I/O,对象接口，支持电平、脉冲编码等多种信号模式；它的两个,16,位定时器可用于频率和定时,I/O,；它提供,ISO,的七层协议模型。,LonWorks,使得现场仪表与控制设备之间构成底层网络互联，实现全数字、双向、多变量数字通信。,9/28/2024,46,2,）,CAN,总线 最早,是德国,Bosch,公司推出的，又称控制局域网，主要应用于汽车内部强干扰环境下电器之间的数据通信。,它也基于,ISO,参考模型，采用了其中的物理层、数据链路层和应用层。数据链路层与以太网相似，采用载波侦听多路访问机制，最多可连接,110,个节点。,CAN,总线采用短消息报文，当节点出错时可自动关闭，抗干扰能力强，可靠性高。这种总线规范已被国际标准化组织定为国际标准，在建筑设备自动化和工业现场测控领域得到推广应用。,9/28/2024,47,第三节 空调系统监控,二、,系统工作原理及其监控,三、,监控点确定,一、,系统功能与组成,9/28/2024,48,空调系统是建筑物设备的常规配置之一。也是智能建筑,BAS,最重要的组成部分。,现代空调的重要性体现在：,1.,空调及其控制系统为人们提供一个舒适的生活与工作环境。,2.,空调是建筑物中最主要的耗能系统之一。占建筑总耗能的,40,左右，实现空调的节能运行，对降低费用、提高效益是非常重要的。,3.,空调的运行过程必须实时调节控制，所以,空调控制系统的配置和功能是整个建筑设备自动化系统要求比较高的一部分。,9/28/2024,49,空调系统具有三大功能：,空气处理、制冷,与,供热。,暖通空,调的任务是：在任何情况下，将室内空气控制在一定的,温度、,湿度、气流速度,和一定的,清洁度,(4,度,),，以创造一种人工气候。,1,、空气温度调节 根据人类的生理特征和生活习惯，通过空调设施，夏季将环境温度保持在,25,28,、冬季保持在,16,20,，给人们提供一个舒适的生活工作环境。,3.3.1,空调系统概述,2,、空气湿度调节 空气过于干燥或潮湿使人感到不舒适。一般来说，相对湿度夏季在,50,60,、冬季保持在,40,50,，人的感觉比较良好。,9/28/2024,50,3,、空气其它参数调节 有时还需要对空气质量,、压力等调节。比如保证一定的新风量，人才感觉舒适,。对于精密加工和生物制药车间要求高洁净度的场合，需要正压调节，以免不满足要求的空气进入而损害空间的洁净度。而在产生有害气体的场合，如病房、污染物处理间为避免有毒有害气体泄露造成空气污染与破坏，需要负压调节。,9/28/2024,51,空调系统的种类很多。按不同的分类法可以分成多种类型。各种类型的不同组合，又可派生出更多的组合类型。常用的分,类方法有：,空调系统的分类, 按空气处理设备配置分类：,集中式、分散式、半集中式；,按采用的媒介分类：,全空气系统、全水系统、空气,-,水系,统、制冷剂系统；,按新风量多少分类：,封闭式,(,全回风系统,),、直流式,(,全,新风系统,),、混合式,(,新风,-,回风系统,),；,按制冷方式分类：,压缩式,、吸收式、蒸汽喷射式、冰蓄,冷；,9/28/2024,52, 按工作机制分类：,单制冷或冷,/,热两用。, 按控制方式分类：,中央控制、分散控制、混合控制；, 按参量分类：,定量空调、变量空调；, 按用途分类：,通用型、舒适型、恒温恒湿型、工艺型等；, 按制冷机形式分类：,活塞式、螺杆式、离心式；, 按制冷量分类：,小型、中型、大型空调；,除上而外，还有按安装方式、组成形式等各种分类方法。,9/28/2024,53,主要由进风、空气过滤、空气的热湿处理、空气的输送和分配、冷热源部分组成。,3.3.2,空调系统的基本构成,9/28/2024,54,按空气处理设备的设置情况，空调系统可分为集中系统、半集中系统、和全分散系统。,1.,局部式空调,在半集中空调系统中，除了集中空调机房外，还设有分散在被调节房间的二次设备（又称末端装置）。变风量系统以及风机盘管系统均属于半集中空调系统。,全分散系统也称局部空调机组。家用空调属于这种系统，它将冷、热源和空气处理、输送设备集中在一个箱体内。使用灵活、移动方便，但设备功率必然较大。,3.3.3,空气调节方式,9/28/2024,55,2.,集中式空调,集中空调系统的所有空气处理设备（包括风机、冷却器、加热器、加湿器和过滤器等），都设在一个集中的空调机房内，通常称之为中央空调系统。,按照所处理空气的来源集中式空调系统可分为,循环式系统,它的新风量为零，全部使用回风，其冷、热量消耗最省，但空气品质差。,直流式系统,全部使用新风，其冷、热量消耗最大，但空气品质好。循环式系统和直流式系统只在特定情况下使用。对于大多数场合采用适当比例的新风和回风相混合的混合系统，既能满足空气品质要求，经济上又比较合理，因此是应用最广的一种集中式空调系统,9/28/2024,56,冷热源有天然和人工两种：,天然冷热源：地下水、山涧水、天然冰、地热、太阳能等。,人工冷热源：,热源,蒸汽、热水、锅炉、热交换器；,冷源,制冷机组,(,冷水机组,),。,冷热源分类,1,、中央空调冷源系统,空调系统的冷源通常为冷冻水。空调冷冻水由制冷机组提供，制冷机组有压缩式和吸收式两种。冷源除了制冷机外还有冷却塔、冷却水循环泵、冷冻水循环泵及其辅助设施等组成。,3.3.4,空调系统的冷、热源系统,9/28/2024,57,压缩式冷源系统组成,9/28/2024,58,1,）压缩式制冷机,冷凝器,蒸发器,节流,/,换向阀,活塞运动,冷冻水管,由冷冻泵来,去分水器,去冷却塔,由冷却泵来,冷却水管,压缩机,由压缩机、冷凝器、蒸发器、节流,(,换向,/,膨胀,),阀、盘管、冷冻水管路、冷却水管,路等构成间接制冷的封闭系统。,压缩制冷机组成图,（,1,）制冷机,9/28/2024,59,压缩,冷凝,膨胀,蒸发,低温低压气体,低温低压液体,高温高压气体,高温高压液体,制冷剂流向,压缩机运行时，完成对制冷剂由,压缩、冷凝、膨胀、,蒸发,4,个过程组成,的工作循环。从而，在冷凝器端，制冷,剂放热；在蒸发器端，制冷剂吸热，,获得冷冻水，,即空调冷源。,压缩制冷工作原理,制冷机组在冬季运行时，通过调整换向阀导通方向来实现供热循环。,9/28/2024,60,该部分由冷冻泵、室内风机及冷冻水管道等组成。从主机蒸发器流出的低温冷冻水一般,7,由冷冻泵加压送入冷冻水管道（出水），进入室内进行热交换，带走房间内的热量，最后回到主机蒸发器（回水一般,12,）。室内风机用于将空气吹过冷冻水管道，降低空气温度，加速室内热交换。,（,2,）冷冻水循环和冷却水循环,9/28/2024,61,该部分由冷却泵、冷却水管道、冷却水塔及冷凝器等组成。冷冻水循环系统进行室内热交换的同时，必将带走室内大量的热能。该热能通过主机内的冷媒传递给冷却水，使冷却水温度升高一般,37,。冷却泵将升温后的冷却水压入冷却水塔（出水），使之与大气进行热交换，降低温度后再送回主机冷凝器（回水一般,32,）。,冷却水循环,9/28/2024,62,（,1,）热网供热方式,1,）蒸汽 以城市热网提供的高温蒸汽作为热源。,2,）热水 由城市热网或工厂、小区和单位自建的热水锅炉提供高温热水。,（,2,）自备热源装置,1,）锅炉,2,）热交换器,3,）冷热水直燃机组,空调系统的热源通常为蒸汽或热水，可由城市热网或自备锅炉提供。,2.,中央空调热源系统,9/28/2024,63,3.3.5,制冷站系统自动控制,制冷站一般由冷冻水、冷却水循环泵、集水器,/,分水器、冷却塔、补水箱等组成，,其功能是：将,冷热源按照不同的供水管路源源不断地分别输送给各个部位或不同用途的空调房间的末端装置，实现夏季供冷、冬季供热的空调作用后，,再将其由末端装置分别通过回水管路回收至制冷站，以便再次制出空调所需冷热源。,9/28/2024,64,1,、制冷系统运行参数和设备监控,冷热源部分监控管的主要内容有：,冷水机组运行状态的检测和故障报警；,补水水箱高低水位监测和冷却塔高低水位监测；,冷却水供,/,回水温度检测。,冷冻水泵启停状态的检测和故障报警；,冷却水泵启停状态的检测和故障报警；,膨胀水箱高低水位监测、控制与故障报警；,冷冻水供,/,回水温度检测、冷冻水流量检测；,冷却塔风机启停状态的检测和故障报警；,冷冻水供,/,回水压力检测，集、分水器压差监视与控制；,9/28/2024,65,冷水机组的启动和停止顺序控制：,启动顺序：冷却塔风机冷却水泵冷冻水泵冷水机组,停止顺序：冷水机组冷冻水泵冷却水泵冷却塔风机,1,、冷水机组的联锁控制,2,、设备相互备用切换与均衡运行控制,发生故障时其他同类设备应能替代发生故障的设备投入运行,优先启动运行时数少的设备，保持设备的均衡运行；,3,、,冷冻水机组冷水机组一侧恒流量与空调末端设备一侧变流量控制,方式,1,压差旁路调节,方式,2,两级冷冻泵协调控制,2,、制冷站水系统的运行控制,9/28/2024,66,4,、冷水机组的节能群控运行,5,、冷却塔的节能运行控制,1),冷冻水回水温度控制法,2,）冷量控制法,利用冷却水进水温度来控制冷却塔风机的运行，不受冷水机组运行状况的限制，可以独立控制，达到节能降耗的目的。,9/28/2024,67,在控制软件中，要对启动顺序控制和停机顺序控制进一步细化，并考虑一定的时序关系：,1,）启动过程 首先，冷冻水、冷却水管路上的阀门开启，并经反馈信号确认或延时（,2,3min,）后进行下一步，启动冷却塔风机、冷却水泵、冷冻水泵、再延时（,3,4min,）后进行下一步启动冷水机组。,2,）停机过程 首先将冷水机组停机，延时（,3,5min,）后停止冷却塔风机、冷却水泵、冷冻水泵，再延时（,4,6min,）后关闭冷冻水、冷却水管路上的阀门。,（,1,）冷水机组与辅助设备的联锁控制,3,、制冷系统设备的控制,（,2,）设备故障报警处理、相互备用切换控制与均衡运行策略,9/28/2024,68,3.3.6,空气调节设备自动控制,M,2,M,1,表冷器,M,风 机,过滤网,由分水,器来,室外新风,室内回风,M,3,电动二通阀,PID, 全空气一次回风系统示意图,p,1,H,1,H,2,T,2,T,1,回集水器,H,3,T,3,防火阀,送风管道,箱体, 空气处理系统,p,2,9/28/2024,69,全空气一次回风系统是空调末端装置形式之一。属集中式单风道系统，是最基本、最典型的空调系统。由箱体、进回风口、风机、过滤器、表冷器、防火阀、 送风管道等组成。,空气调节设备,是,对室内空气进行调节、控制,，使之达到所要求的室内空气环境质量,的主要装备,。其作用是：,创造出适合人体舒适感的室内空气环境，排除室内有害气体以及集中散发的热量与湿气含量。,9/28/2024,70,系统启动后，室外空气经过滤器除去空气中的灰尘，被源源不断地吸入风机，加压后，略过表冷器降温，经送风管道送入所需空调的室内。,该系统，还可设加湿装置。其调节也有手、自动之分。,进出口风门可以采用电动调节方式， 也可不采用；,由空调设计人员决定。,系统简介,风机可根据空调专业人员的选型，有单机、双机或单速、变速之分。,表冷器通过制冷管网与制冷站的冷水管路相连接，形成冷冻水的闭路循环。,9/28/2024,71,1,定风量空调机组运行参数与状态监控,一次回风系统监控的主要内容有：,室外新风温、湿度测量风机的控制、调速、联动与故障报警；,过滤网两侧压差监测电动；,送,/,回风风温、湿度测量表冷器电动阀门控制与故障报警；,送风风速检测；,防冻开关状态监测；,送,/,回风风机运行状态的监视与故障报警及启停控制。,新风,/,回风风门开度控制。,9/28/2024,72,2,定风量空调机组联锁控制,定风量空调机组启动顺序：,新风风门、回风风门、排风风门开启,送风机启动,冷热水调节阀开启,加湿阀开启,定风量空调机组停机顺序：,关加湿阀,关冷热水调节阀,送风机停机,新风风门、回风风门、排风风门关闭,9/28/2024,73,3,定风量空调机组运行与节能控制,(1),定风量空调机组的温度调节与节能策略：,定风量空调系统一般以回风温度为被调参数，计算回风温度传感器测量值与给定值的偏差，按照,PID,调节方式，控制冷,/,热水调节阀的开度，以控制冷,/,热水量使温度保持在设定值。一般夏季低于,28,，冬季高于,16.,在过渡季节室外温度在设定值允许范围内，空调机组可采用全新风工作方式，停止对空气调节，以节约能源。,(2),定风量空调机组的湿度调节：,定风量空调系统将回风湿度传感器测量值与给定值的偏差，按照,PID,调节方式，控制加湿电动阀的开度，将室内湿度保持在设定值。,9/28/2024,74,(3),新风风门、回风风门、排风风门调节：,按照新风与回风的混合比例控制新风与回风风门开度比例，使系统在最佳的新风与,/,回风比状态下运行，以达到节约能源。,(4),过滤器压差报警,(5),机组防冻保护,(6),空气质量控制 选用气体传感器监测,CO,2,、,CO,的浓度，由控制器输出信号控制新风风门开度以增加新风量。,(7),空调系统的定时运行与设备的远程控制,控制系统根据运行时间表实现空调机组的按时启停；能实现在控制中心对空调机组的现场设备的远程控制。,9/28/2024,75,说 明,暖通空调系统的型式很多，这里仅根据我们智能建筑实验室的具体配置，对已有设备进行一般性介绍。,目的是：,了解设备的基本构造，以便于更好的选择设备监控点。,智能建筑对,BAS,的监、控、管的好坏，与监控点的选择有着直接的关系。,而不了解设备构造、工作流程以及控制原理， 是不可能选好监控点的。,空调制冷站无论何种制冷装置，均自带成套的采用计算机技术的控制系统， 当与,BAS,相连时，应注意通信协议的一致性。,9/28/2024,76,能效比,指空调额定制冷量与额定功率,(,耗电量,),的比值。能效比越小，空调效果,(,制冷或制热,),越差。当前家用空调器行业的能效标准,是,1996,年颁布并执行至今，当时规定的空调最低能效比是,2.3,。国家发改委、国家质检总局规定，从,2005,年,3,月,1,日起实施的国家空调能效标准，将空调器按能效等级分为,5,级，最高的一级能效比指标,3.4,，最低的一级能效比指标为,2.6,，,空调能效等级,一级,二级,三级,四级,五级,能效比范围,3.4,3.23.4,3.03.2,2.83.0,2.62.8,一级表示产品达到国际先进水平，最节电，耗能最低；五,级是市场准入指标，低于该等级要求的产品不允许生产和销售。,9/28/2024,77,空调系统的节能控制，实现方法很多。主要从两个方面入手，一是制冷站的节能，二是风机的节能。 除空调专业技术人员注意设备选型之外， 控制专业的技术人员也应予以重视， 这也是,BAS,节能管理的一项重要指标。,智能建筑中对暖通空调系统监控管的中心任务是：,在保证提供舒适环境的基础上，尽可能的降低能耗。,监控点的选配，则因系统型式，智能建筑等级的不同而有所不同。,9/28/2024,78,第四节 给排水系统监控,二、,工作原理及其监控,三、,监控点确定,一、,系统分类与组成形式,四、,节能控制,9/28/2024,79, 概述,给排水系统是,BAS,不可缺少的一部分。要求其运行可靠，实现水泵最佳运行控制。, 系统分类, 给水系统,生活给水系统,消防给水系统,任务是：,把室外水提供的水量、水压，根据建筑物的需要，分配到用水地点为生活提供安全便利的用水条件。,9/28/2024,80, 排水系统,生活污水排水系统,自然雨水排水系统,其任务是：,把生活中所产生的废水、污水按室外排水系统体制，有组织、分系统的排放，确定排放方式，处理方法及再生水的综合利用。,本节主要讨论生活给水和排水系统,。,9/28/2024,81,3.4.1,生活给水系统的自动控制,智能建筑中给水方式，主要有：高位水箱给水方式、水泵直接给水、气压给水方式。,1,.,现代建筑给水方式,9/28/2024,82,（,1,）,高位水箱给水,水池,-,水泵,-,水箱给水,水泵,-,水箱给水,9/28/2024,83,（,2,）水泵直接给水方式,干管与给水管网直接相连，贮水池作补充。,9/28/2024,84,（,3,）气压给水,需另配置一套气压设备，占用相应空间。,9/28/2024,85,2.,高位水箱给水系统监控,h,m,l,1,l,2,B2,至用户,自管,网来,P,P,1,B1,蓄水池,P,2,vvvf,M,L,H,（,1,）控制原理,由室外水管网提供的水,源汇集于蓄水池，经水泵加,压后，送往建筑内部的集水箱，再由集水箱借助重力将,水提供给各个用户。,9/28/2024,86,竖向分区给水,由于高层建筑中，最高层和最低层有较大压差，供水效果不好，常用两种办法解决：,1.,在不同标高的分区设立独立的高位水箱，对应分区供水；,2.,对高层水箱减压后向不同分区供水，这样就避免了低楼层供水压力太大的问题。,9/28/2024,87,减压供水,分区供水,9/28/2024,88,为保证,24,小时不间断供水，在蓄水池、集水箱分别设置了水位传感器。采用压力表或压力传感器，进行水量及压力的监测,系统配置,根据用水量的大小，系统水泵配置有：,一用一备；,二用一备；,三用二备；,多机并联等。,（,2,）设备、系统运行状态与参数监控,给水泵电机启停状态的监测,给水泵电机故障报警；,高、低位水池高、低水位的监测与控制、故障报警；,给水泵电机启停控制,9/28/2024,89,3.4.2,生活排水系统的自动控制,由用户来, 系统示意图,回水池,L,H,排出口,9/28/2024,90,排水系统的设备配置较为简单，将废、污水分别集中回收后，再有组织、分系统地排放至废污水处理设备或企业，进行统一处理，以防止污染自然环境。,处理后的水（再生水）的综合利用，目前也已引起业内人士的关注，技术上无任何困难，需要改变观念，但要增加部分投资。,排水系统的控制也较为简单，只要保证自动排出，废、污水不得外溢即可。水泵数量则依废、污水量决定。,9/28/2024,91,排水泵电机故障报警,排水泵电机启停的控制,2,、排水系统运行参数与状态监控：,集水坑水位监测,排水泵电机启停状态监测,9/28/2024,92,第五节 供配电系统监控,二、,系统主回路及其监控,三、,监控点确定,一、,系统功能与组成,9/28/2024,93,供配电系统是建筑物最主要的能源供给系统，为了确保建筑用电设备的正常运行，必须保证供电的,可靠性,。,3.5.1,供配电系统的监控管理功能,供配电系统根据用户重要性、负荷的不同，设备设施的配置、电压等级都不同；有单母线分段、不分段供电等多种结构形式。,一般说来，供配电系统由五部分组成,:, 高压,一般选用,35KV,或,10KV,电压等级。前者属于中高压范围，系统的器件、操作方式、线路连接模式等与,10KV,线路完全不同。,9/28/2024,94, 低压,在民用建筑中，大多采用,380V/220V,中性点直接接地系统，为安全起见，在该系统中，又增设一根保护地线,(,PE,),.,俗称,三相五线,制或,单相三线,制。, 变配电设备,主要是指,(,干式,/,油浸式,),变压器,及其,附件、高低压供配电柜、高低压电缆,等。, 备用电源,有两种：,蓄电瓶,或,柴,/,汽油发电机。,安全保护,分为,系统安全措施,及,工作安全保护,两部分。即：,系统接地网及过流,/,压；,过载、短路、断路、零,(,失,),压、发热、防止高压窜入、防雷、防小动物、防潮、防水、防冻,等，, 系统组成,9/28/2024,95, 系统一次回路,CT1,VT1,CT2,F1,F2,F5,1#,T1,F3,F4,2#,T2,Q1,1S1,1Si,2S1,2Si,Q2,Q4,G,Q6,Q5,Q3,VT2,该电路采用两路高压,1#,、,2#,进线，单母线分段供电，高,/,低压侧均设有母联开关,F5/Q3,，,并自备发电机。,9/28/2024,96,CT2,CT1,VT1,F1,F2,F5,1#,T1,F3,F4,2#,T2,Q1,1S1,1Si,2S1,2Si,Q2,Q4,G,Q6,Q5,Q3,VT2, 系统简介,电路正常工作时，两路同时供电，两变压器,T1,、,T2,各承担总负荷的,50 %,。当遇线路检修、故障或供电部门停电例检等情况时， 可根据不同情况，借助,F5/Q3,任意调整电能分配。,9/28/2024,97,1#,CT2,F5,CT1,VT1,F1,F2,T1,F3,F4,2#,T2,Q1,1S1,1Si,2S1,2Si,Q2,Q4,G,Q6,Q5,Q3,VT2,该电路采用两路当低压侧两路正常电源均停电时， 可接通,Q4,，,启动自备发电机，向建筑内的关键负荷供电。,9/28/2024,98, 系统的监、控、管,供配电系统的监、控、管是一个整体，应在设计阶段一次性考虑完成。主要内容有：, 高,/,低压主开关运行状态的监视、控制、联动与故,障报警；, 变压器运行状态的监视、控制、联动与故障报警；, 低压主要负荷电路开关状态的监视、与故障报警；, 供电电源与自备发电机之间的联锁、联动；, 进线电源与重点电路的电压、电流、频率、有功、,无功及功率因数的测量与显示；, 自备发电机的电压、电流、频率的监视；, 电能的计量、统计、记录等；, 设备运行、维护、检修记录等。,9/28/2024,99,DI,：,高,/,低压主开关、母联开关、自备发电机开关的启,/,停控制,；,重点供电电路开关的启,/,停控制等；按需确定。,DO,：,高,/,低压主开关、母联开关、自备发电机开关通,/,断的执行机构,；,重点供电电路开关通,/,断的执行机构；状态显示；报警等；按需确定。,AI,：,两路进线电源的三相电压、电流、有功、无功、频率、功率因数；自备发电机的电压、电流、频率；变压器运行参数；重点供电电路的电压、电流、有功、无功、功率因数等的监视、监测。, 系统监控点的确定,9/28/2024,100,第六节 照明系统监控,二、,系统监控,三、,监控点确定,一、,系统分类,9/28/2024,101, 系统的分类,照明系统一般是针对电气照明而言。通常有三种分类方法：, 按照明器具布置分类,一般照明,局部照明,混合照明, 按照明功能分类,正常照明,景观照明,商业照明,装饰照明,公共照明,警卫照明,值班照明,事故照明,防障碍照明, 按电光源发光原理分类,热辐射光源,气体放电光源,半导体光源,9/28/2024,102,在智能建筑中，照明用电量仅次于空调系统。因此，智能建筑对照明系统的要求是：,既保证照明质量，又节约能源。, 系统的控制方式,人工手动控制,自动控制,智能控制,按照度控制,按时间控制,人员活动检测控制,照度、亮度控制,定时控制,节假日控制,昼夜控制,峰谷控制,9/28/2024,103, 系统的监、控、管,照明系统监控功能,大楼内照明也是进行智能化管理的项目之一，对照明实施监,控，主要是为了更好地节约能源。利用预先安排好的时间程序对,照明进行自动控制。,1,、走廊、楼梯照明监控：,采用定时程序控制，实施启停控制、运行状态、故障报警、累,计运行时间。,2,、办公区照明监控：,对正常工作日、双休日、节假日采用不同的时间控制，根据,照度传感器采集的数据进行调光控制，实施启停控制、运行状态、,故障报警、累计运行时间。,9/28/2024,104,3,、障碍照明、建筑物外立面照明监控：,航空障碍灯一般装在建筑物顶端，属于一级负荷，应接入应急照明回路。根据预先设定的时间程序控制其闪烁，或根据室外自然环境的照度来控制光电器件的动作实现开启,/,关闭的控制。,4,、应急照明的启,/,停控制、状态显示：,应急照明是为了停电后的事故照明和疏散照明，当建筑物发生紧急或意外事件时，需要照明系统作出联动配合。当有火警发生时，正常照明系统关闭，事故照明打开；当有保安报警时，联动相应区域的照明开启。,9/28/2024,105, 系统的监、控、管,系统监控管的任务是：,监控照明系统的工作状态，实现照明设计要求，在,保证视觉环境,条件标准的前提下，,实现最大限度的节能。,在智能建筑中，不同的功能场所对照明有不同的控制要求，这要求照明系统的设计者， 应根据实际环境的,需求，性质，特点,及,电光源的特性,进行设计。,照明系统监控管的主要内容有：, 室内正常照明的合成控制、联动与故障报警；, 室内局部公共照明的控制、联动与故障报警；, 室外公共照明的定时控制；, 室外景观照明的定时控制与节假日控制；,9/28/2024,106, 耗电计量、统计、记录等；, 防障碍照明的昼夜控制；, 正常照明、应急照明与火灾报警信号的联锁、联动控制；, 正常照明、应急照明与安防报警信号的联锁、联动控制；, 系统监控点的确定,DO,：,系统运行状态显示，故障报警等。,DI,：,照明电路中的所有开关信号；异地控制信号、联动、联锁信号等，按需确定。,AI,：,照度自动检测的模拟量信号。,AO,：,照度无级调节的模拟量信号。,9/28/2024,107,第七节 电梯系统监控,二、电梯,系统,三、扶梯系统,一、,概述,9/28/2024,108,3.7.1,电梯系统概述,电梯是,建筑物,中必备的垂直运输系统